NFS,Memcached,Tokyo tyrant实现session共享性能测试

在我负责的某个项目(调查类型的网站），不久前进行了一次推广调查。因为推广邮件是在同一时间发出，所以在5分钟之内，访问量剧增，发生了15000次左右的并发业务操作，整个系统的反映速度降低很明显。

该项目使用3台web服务器，2台mysql数据库。3台web服务器间的session共享通过NFS实现。经过后来调查，访问速度骤降是session并发导致的。

因此，开始考虑其他的session共享方案。考虑到未来能更容易的进行横向扩展，所以计划采用memcached和Tokyo tyrant。

memcached在国内的应用已经很广泛了。Tokyo tyrant是日本人 平林幹雄 开发的一款 DBM 数据库，该数据库读写非常快，哈希模式写入100万条数据只需0.643秒，读取100万条数据只需0.773秒，是 Berkeley DB 等 DBM 的几倍，想深入了解的人可以参考：http://blog.s135.com/post/362/。

在论证备选方案的可行性开始之前，先做个压力测试是必须的。

 

【测试环境】

4台pc安装JMeter模拟client，web服务器一台，一台cache服务器(用来安装NFS服务,Memcached,Tokyo tyrant）。

使用4台pc安装JMeter模拟client的原因是：使用JMETER进行并发测试的时候，单台PC只能发起4100个并发线程（这个不同机器会有不同），因此要做15000的并发测试，必须4*4100.

web服务器上apache设置：MaxClient 256 

原来MaxClient 150 的情况下会成为性能瓶颈，改成256之后，apache没有成为瓶颈。针对某个功能做压力测试的时候，务必要做到其他环节不会成为系统贫瘠，不然测试就毫无准确度可言了。

安装NFS, memcached, Tokyo tyrant的cache服务器配置：

CPU: Intel(R) Pentium(R) 4 CPU 2.40GHz

Mem: 256M

HD: 40G

这台机器有点太寒碜了，呵呵，不过据说memcached对硬件配置要求很低，刚好可以验证下。

【测试程序】

因为是测试session的并发性，所以设计成个最简单的session操作流程：

1 page1.php创建session,往session写入1kb的数据,记录$time_start。

2 header至page2.php

3 page.php取得session，记录下$time_end，并计算出时间差$time_end-$time_start。

page1.php代码：

<?php
function microtime_float()
{
    list($usec, $sec) = explode(" ", microtime());
    return ((float)$usec + (float)$sec);
}
$time_start = microtime_float();

session_start();

$_SESSION['name']='abcdefghjiasdfsadflklklasdlklkjsfdkjkasdflkjsadfkljkljsdfaasdfsafdlklkjsadfkljsdafkljljksdflkflsadflkjlkjsdaflkjdsfaljklsdfajljfsd
sadflsadfljklkjsdfjlksdfaljkfjlkfslkjsadfjlksdflakkljsfdlkjsafdlkjsafdlkjlasdfkjlkjasdfljkasdlkjfsdlkjsdflkjlkasjdfljkasflkjasflkjdsaflkjlksdafklasdljksadkljfjklsdfjklfkjlsafkjlsjkldafljksljksaljklksjfdajklsdfakljsafdkljsafkdljkljsfadjklsafdasdfsfdaabcdefghjiasdfsadflklklasdlklkjsfdkjkasdflkjsadfkljkljsdfaasdfsafdlklkjsadfkljsdafkljljksdflkflsadflkjlkjsdaflkjdsfaljklsdfajljfsd
sadflsadfljklkjsdfjlksdfaljkfjlkfslkjsadfjlksdflakkljsfdlkjsafdlkjsafdlkjlasdfkjlkjasdfljkasdlkjfsdlkjsdflkjlkasjdfljkasflkjasflkjdsaflkjlksdafklasdljksadkljfjklsdfjklfkjlsafkjlsjkldafljksljksaljklksjfdajklsdfakljsafdkljsafkdljkljsfadjklsafdasdfsfdaabcdefghjiasdfsadflklklasdlklkjsfdkjkasdflkjsadfkljkljsdfaasdfsafdlklkjsadfkljsdafkljljksdflkflsadflkjlkjsdaflkjdsfaljklsdfajljfsd
abcdefghjiasdfsadflklklasdlklkjsfdkjkasdflkjsadfkljkljsdfaasdfsafdlklkjsadfkljsdafkljljksdflkflsadflkjlkjsdaflkjdsfaljklsdfajljfsd';


header( "location:./page2.php?sid=".session_id()."&time_start=".urlencode($time_start) );

page2.php代码：

<?php
session_id($_GET['sid']);

function microtime_float()
{
    list($usec, $sec) = explode(" ", microtime());
    return ((float)$usec + (float)$sec);
}

session_start();
$name = $_SESSION['name'];

$time_start = urldecode($_GET['time_start']);
$time_end = microtime_float();
$time = ($time_end - $time_start)*1000;

$_file = './log/'. $_GET['sid'] . '.log'; 
$fp = fopen( $_file, 'a');
@fwrite($fp, $time);
@fclose($fp);

echo "$time Millisecond<br>";
echo $name;
?>

从代码可以看出，最后得到的time值并不是单纯的session操作的时间，session操作的时间会比这个值小。这样设计的原因是，这个值更能反映系统session并发操作的真实状况，但需确保测试环境的网络稳定，因为header函数的关系。

最后，再用perl写个简单的统计程序average.pl：

#!/usr/bin/env perl
my $log_dir = "./log/";
my $total_times = 0;
my $file_nums = 0;
opendir DH, $log_dir or die "无法打开 $log_dir: $!";
foreach $file (readdir DH) {
    open LOGFILE, "< $log_dir$file";
    while (<LOGFILE>)
    {
        $total_times = $total_times + $_;
        $file_nums = $file_nums + 1;
    }
}
print $file_nums . " sessions\n";
print "average time is:" . $total_times/$file_nums . "\n";
closedir DH;

 

【测试过程说明】
1      使用badboy先生成Jmeter脚本，然后用Jmeter进行分布式并发测试。
2      php对于使用memcached来存储session的实现已经非常简单，只需要进行如下配置：
      session.save_handler memcache
      session.save_path tcp://192.168.8.2:11211
3      如何使用Tokyo tyrant来存储session呢？因为Tokyo tyrant完全兼容memcached的client，所以配置和memcache几乎完全一样，只要改下IP和端口号就可以了。

【测试结果】
使用NFS共享session：
2000 sessions
average time is:57.2385746240701

3000 sessions
average time is:188.679696798311

4000 sessions
average time is:1139.70507353546

5000 sessions
average time is:5486.23318772304

5000 sessions
average time is:5526.97186436598

5670 sessions（说明：发起了6000个访问，却只成功了5670）
average time is:8324.00726914608

5489 sessions（说明：发起了6000个访问，却只成功了5489）
average time is:9749.52457159197

从上面的结果看，NFS支持并发能力非常有限。根本没有办法支持到15000个session。在6000个session的时候，就会发生session 丢失等未知的状况。即使在5000个session以内，虽然可以完成测试，但性能低下。
当然，这和我使用的NFS服务端的机器配置很低有关，相信优化配置，或者“采用session存储的时候，进行目录分级”可以进行一定程度的优化，但NFS的并发操作确实存在问题。
因为有另一个理由：为了方便测试，我写了个perl程序用来删除session目录下的所有文件。
del_files.pl代码：

#!/usr/bin/env perl
my $log_dir = "./log/";
unlink glob "$log_dir/*.*";

my $session_dir = "./session_tmp/";
unlink glob "$session_dir/*";

my $session_dir2 = "./session_nfs/";
unlink glob "$session_dir2/*";

当这个程序用于删除NFS目录下的session文件时，程序运行的时间明显比用于删除非NFS目录慢非常的多。

使用Memcached共享session：
5000 sessions
average time is:8.691506099701

10000 sessions
average time is:9.07290377616917

15000 sessions
average time is:9.10538846651721

15000 sessions
average time is:9.42796174685197

15000 sessions
average time is:9.43535621960958
从以上结果可以看出，memcached性能很稳定，在5000，10000，15000个session几种情况下，每个流程处理的平均时间稳定在8毫秒到10毫秒之间。

使用Tokyo tyrant共享session：
5000 sessions
average time is:8.92114758491478

10000 sessions
average time is:8.35826919078823

15000 sessions
average time is:10.7764382680262

15000 sessions
average time is:11.4394629955285

15000 sessions
average time is:8.92091128031373

15000 sessions
average time is:10.3760389963784

tokyo tyrant速度也很快。但稳定性不如memcached，可能对机器的配置要求会高些吧，或者我对tokyo tyrant配置不了解也有可能。

从测试结果看，NFS用于存储session时候的并发性能明显不如memcached和tokyo tyrant。memcache和tokyo tyrant还可以进行更大规模的并发测试。但是限于我当前的硬件，没有再进行更大规模的测试。

ok了，Memcached和tokyo tyrant的表现都让人满意，符合预期。至于要选择哪个，就得考虑其他因素了：
1      是否需要持久存储，Memcached是不支持持久存储的，当然可以考虑使用 Memcached+DB的方式来达到“一定程度上的持久存储”，即Memcached实时保存session，在每隔一段时间（比如1分钟）将session保存到DB，至于能否接受这种方案，得看业务需求而定了。Memcached和tokyo tyrant的其他差别，可以参考下http://blog.s135.com/post/362/等资料

2      对于这两项技术的掌握程度，整体上说，这两个技术应该都是靠得住，tokyo tyrant在日本也有不少成功的应用。但从国内来看，Memcached应用得较多，使用tokyo tyrant的话，还是要有一定的钻研精神才行。